活性氨烟气脱硝技术

1、活性氨烟气脱硝技术朱维群，山东大学国家胶体材料工程技术研究中心，电地址：山东省济南市山大南路20号，邮编：250100摘要 SCR脱硝技术是利用NH3（包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨）在催化条件下于320400与NOx发生氧化还原反应生成N2和水，SNCR是NH3在高温（800-1000）下与NOx发生反应；高活性氨基还原剂(NR3)脱硝技术是在中等反应温度450800，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的，我们称之为活性氨烟气脱硝(HSR)技术。关键词 SCR，SNCR，脱硝，活性氨1.概述在众多烟气脱硝技术中，SCR和SNCR是应用最

2、为广泛的两种技术。SCR 由于其反应温度较低、脱硝效率高等优点，成为控制烟气中NOx的首选方法。在SCR 技术中催化剂是核心，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果，其成本约占SCR系统总成本的20%40%，运行成本占40-50%。催化剂容易中毒，增加了系统的不稳定性；SNCR脱硝技术是在炉膛或烟道合适温度(8501000)的位置喷入氨基还原剂或尿素，无需催化剂，利用还原剂释放出的NH3选择性地将烟气中的NOx还原为无害的N2和水。在SNCR 工艺中存在如下问题：含量10-20%氨或尿素水溶液喷入反应区内会造成高温反应区内骤然大幅降温，而且反应区内各区域的温度不均匀，从而导致脱硝效率低下，目前一

3、般的脱硝效率仅为30-50%，而且系统在900时的脱硝效果几近为零，并且影响炉内燃烧效率。SNCR技术脱硝率中等，不需要催化剂，运行费用较低，建设周期短，适合中小型锅炉的改造。 针对SCR和SNCR技术的缺点，我们研究开发了活性氨烟气脱硝(HSR)技术。2.活性氨烟气脱硝技术2.1活性氨烟气脱硝原理 SNCR脱硝技术的核心是NH3在高温下与NOx发生氧化还原反应；SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应，那么，我们能否找到一种氨基还原剂及其生产技术，使它具有比NH3高的反应活性，既不需要催化剂，也不需要太高的反应温度，而能够与NOx发生氧化还原反应而达到脱硝的目的？

4、现在，我们发现了一种氨基还原剂(NR3)及其生产技术，它能够在反应温度450800，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的。我们称之为活性氨烟气脱硝(HSR)技术。它的技术特点与SCR、SNCR对比如下：活性氨烟气脱硝技术与SCR、SNCR技术的对比内容 SCR SNCR HSR还原剂 NH3或尿素尿素或NH3 NR3反应温度320400 8501250 450800，催化剂成份主要为TiO2,V2O5,WO3不使用催化剂不使用催化剂脱硝效率70%90%大型机组 25%40%，小型机组配合LNB、OFA 技术可达80%70%90%反应剂喷射位置多选择于省煤器与SCR 反应器间

5、烟道内通常炉膛内喷射适合温度窗口SO2氧化会导致SO2氧化不导致SO2氧化不导致SO2氧化NH3 逃逸<3ppm 510ppm<3ppm对空气预热器影响催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，SO2氧化率较高，而NH3与SO3易形成H4HSO4造成堵塞或腐蚀不会因催化剂导致SO2的氧化不会因催化剂导致SO2的氧化，造成堵塞或腐蚀的机会为三者最低系统压力损失催化剂会造成较大的压力损失没有压力损失没有压力损失燃料的影响高灰分会磨耗催化剂，碱金属氧化物会使催化剂钝化无影响无影响锅炉的影响受省煤器及出口烟气温度的影响受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布的影响受烟气流

6、速、温度分布的影响小占地空间大（需增加大型催化剂反应器和供氨或尿素系统）小 ( 锅炉无需增加催化剂反应器)较小安全性液氨法有安全隐患无无环保性中和氨气会产生废氨水无无现有基础上的改造附加转向叶片、混合器和导流板，氨喷射格栅，液氨处理系统吹灰器喷射器安装口MNL支撑和滑道，温度监视活性氨发生系统，喷射系统风机要求平衡通风或强制通风锅炉需更大的FD/ID风机无无技术难点广泛应用比较成熟喷入温度限定900左右，大型电厂锅炉应用较少暂无工业应用从上表可以看出，活性氨烟气脱硝HSR技术具有SCR和SNCR两者的优点，既具有SCR技术高的脱硝率又具有SNCR技术建设投资费用低、运行费用低的优势，从而克服了

7、两者的缺点，具有广阔的发展前景。 2.2活性氨烟气脱硝工艺流程 首先建立一套活性氨基还原剂NR3发生装置，然后通过计量系统，利用喷氨格栅喷入脱硝反应区内，使其与烟气充分混合并接触反应。其中，脱硝反应温度为450800。活性氨基还原剂NR3与烟气中NOx反应迅速。 整个系统包括发生系统、计量系统、喷氨格栅等。 活性氨烟气脱硝技术的NOx脱除效率主要取决于适当的反应温度、NR3和NOx的化学计量比、混合程度、反应时间等。研究表明活性氨烟气脱硝工艺的温度控制至关重要，最佳反应温度是650，若温度过低，NR3的反应不完全，可能造成NR3泄漏；而温度过高，NR3则容易被氧化为NOx，抵消了NR3的脱除效

8、率。温度过高或过低都会导致还原剂的损失以及NOx脱除率的下降。通常设计合理的活性氨烟气脱硝工艺可达到70%-90%的NOx脱除效率。2.3活性氨烟气脱硝技术特点 (1)系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有燃煤锅炉的基础上增加活性氨发生装置，通过计量系统、适合的温度窗口及喷氨格栅即可，系统结构比较简单； (2)系统投资小：相对于SCR投资大约在4060美元/kW的昂贵造价及高运行成本，活性氨烟气脱硝工艺由于其系统简单（投资大约在15美元/kW，以及运行中不需要昂贵的催化剂，显然更适合我国国情； (3)阻力小：对锅炉的正常运行影响较小； (4)系统占地面积小：活性氨发生装置占地面积

9、小。2.4活性氨烟气脱硝技术的适应性分析 1、在活性氨烟气脱硝HSR技术系统设计上，采用自动调节方式，通过炉内的蒸汽量、风量及煤粉的含氮量，用表比的方法，自动调整NR3的喷入量，达到所需的处理效果。 2、由于活性氨烟气脱硝系统采用气气混合并利用喷氨格栅，只要烟气温度>450，即可达到预期的处理效果。在锅炉的不同负荷条件下，气气混合的适应性、稳定性、脱硝效率和有效温度区间内比液气混合更好，对炉内工况影响小。 3、活性氨烟气脱硝系统采用气化工艺，只与节热气等接触，所以不会对锅炉本体造成损坏。2.5活性氨烟气脱硝技术的工程应用活性氨烟气脱硝HSR技术虽然暂无工业应用，但由于投资少，具有SCR和

10、SNCR的优点，同时克服了两者的缺点，因此具有广阔的发展前景。目前，可利用适合的温度窗口进行脱硝试验，取得基本数据后再进行技术推广。3.结论活性氨烟气脱硝(HSR)技术具有重大的理论突破和应用技术突破，它具有以下优势：现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温下（SNCR技术）或催化条件下（SCR技术）与NOx发生反应而达到脱硝的目的，活性氨脱硝技术是利用活性氨基还原剂(NR3)在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的，具有重大的理论突破。活性氨烟气脱硝HSR技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点，是一项具有广泛应用前

11、景的脱硝技术，对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。活性氨烟气脱硝HSR技术克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点，克服了SNCR技术的反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列缺点。活性氨烟气脱硝HSR工艺不用催化剂，解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题；活性氨烟气脱硝反应温度不高，反应选择性好，避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。活性氨烟气脱硝技术只需建立活性氨NR3发生装置及其计量喷射系统，对锅炉的影响很小。HSR烟气脱硝技术所具有的多种优势，使它适用于多种工业锅炉和工业窑